Сущность и условия применения щитового способа проведения выработок
Строительство подземных сооружений с применением щита заключается в том, что все основные работы по разработке и погрузке породы, возведению постоянной крепи (обделки) осуществляются под защитой временной металлической оболочки (щита), располагаемой в забое выработки и передвигаемой по мере выемки породы.
Форма поперечного сечения щита зависит от формы выработки и может быть круглой, эллиптической, подковообразной и прямоугольной.
Хотя конструктивные решения щитов разнообразны, в их схеме можно выделить следующие основные части (рис. 54): ножевое кольцо 1, опорное кольцо 2, хвостовую часть 3, вертикальные 5 и горизонтальные 6 перегородки.
Ножевое кольцо служит для частичного срезания мягких и сыпучих пород и предохранения вывала породы. Под защитой ножевого кольца осуществляют выемку горной породы.
Опорное кольцо, непосредственно примыкающее к ножевому, является основой несущей конструкции щита и служит для размещения щитовых гидравлических домкратов 4, труб и пульта механизмов управления щита.
В хвостовой части щита возводят постоянную крепь (обделку) 10. Перемещение щита, а в мягких породах его вдавливание в массив с целью разработки породы осуществляется с помощью щитовых гидравлических домкратов.
Щиты размером до 2 м не имеют перегородок. При увеличении диаметра до 3 м щиты снабжаются одной горизонтальной перегородкой. В щитах больших размеров устанавливают несколько горизонтальных и вертикальных перегородок для увеличения жесткости и прочности щита. Горизонтальные и вертикальные перегородки делят сечение щита на независимые рабочие ячейки, обеспечивающие удобство и безопасность ведения горностроительных работ по всему забою.
В необходимых случаях крепление забоя выработки осуществляется с помощью забойных домкратов 7. На перегородках монтируют также выдвижные платформы 8 с гидродомкратами 9, с которых ведут разработку породы в ячейках щита.
Передвижка щита осуществляется следующим образом (см. рис. 54). После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки Н включают гидравлические щитовые домкраты 4, штоки которых упираются в неподвижное кольцо крепи (обделки) 10, в результате чего щит передвигается вперед в свободное пространство. При движении щита порода частично по контуру выработки срезается его ножевой частью. После перемещения щита на новую заходку штоки щитовых гидродомкратов убирают в исходное положение и под защитой оболочки хвостовой части возводят постоянную крепь (обделку) из сборных железобетонных элементов или монолитную бетонную крепь. В первом случае за пределами щита за обделку нагнетают тампонажные растворы.
В зависимости от конструкции щита разработку породы в забое можно производить вручную с применением лопат, отбойных молотков, буровзрывным способом с использованием бурового инструмента и механизированным способом с помощью специальных машин.
По размерам проходческие щиты подразделяются на щиты малого диаметра (до 3,2 м), среднего (до 5,2 м) и большого (свыше 5,2 м). Щиты малого и среднего диаметра применяют в основном при строительстве коллекторных тоннелей различного назначения в городах и на промышленных предприятиях, а также гидротехнических тоннелей. Кроме того, щиты среднего диаметра применяют для проведения выработок в слабых неустойчивых породах, при строительстве угольных шахт и рудников. Щиты большого диаметра применяют в основном для строительства транспортных тоннелей метрополитена, железнодорожных и автомобильных тоннелей, а также специального назначения.
В механизированных щитах погрузка породы зависит от типа исполнительного органа щита.
В щитах с роторным исполнительным органом разрушенную породу из щита выдают на конвейер. Для этого непосредственно во вращающемся роторе имеются лопасти, которые подают породу по специальным направляющим точкам на конвейер.
В щитах с планетарным рабочим органом чаще всего разрушенную породу из забоя выдают е помощью ковшей. Ковши закреплены на водиле рабочего органа и вращаются вместе е ним. Сзади ковшей расположен отбойный лист, в верхней части которого имеется отверстие. Ковши захватывают разработанную породу в нижней части забоя и поднимают ее до отверстия в отбойном листе, где она по направляющей течке попадает на конвейер и далее в транспортные сосуды.
В ряде щитов, где отсутствует вращающийся рабочий орган, роторные погрузчики оснащают рабочим приводом. Погрузочный орган в этом случае располагают сзади рабочих площадок. Порода, осыпающаяся с горизонтальных площадок, зачерпывается ковшами и поднимается вверх, где по направляющей течке попадает на конвейер.
В щитах о исполнительным органом избирательного действия и о рассекающими площадками для песчаных и глинопесчаных пород часто используют шнековые погрузочные органы или же органы с нагребающими лапами. При проведении тоннелей в обводненных породах погрузку породы осуществляют о помощью пластинчатых питателей.
Для механизированных проходческих щитов, в которых разрушение породы в забое осуществляется рабочими органами различного типа, обязательна полная механизация и других основных операций проходческого цикла
Экономически рационально применять проходческие щиты в одинаковых горно-геологических условиях в горизонтальных выработках протяженностью для механизированных от 400 м и более, для немеханизированных — до 400 м.
Механизированные проходческие щиты являются комбинированными горными машинами, предназначенными для отделения горной породы от массива, уборки ее за пределы щита, временного крепления призабойного пространства и возведения крепи (обделки).
По области применения механизированные щиты делят на четыре группы, в которые входят щиты, предназначенные для проходки тоннелей: в неустойчивой водоносной среде с большим гидростатическим давлением (плывуны); в устойчивых песчано-глинистых породах; в породах средней крепости; в крепких породах.
